Das genetische Geheimnis hinter Wasabis Abwehrkick

Pflanzen aus der Familie der Kohlgewächse waren nicht darauf aus, so schmackhaft zu sein. Der Geschmack ist Teil einer Abwehr gegen Pflanzenfresser. Wissenschaftler in Japan haben nun herausgefunden, dass die Gene für diese Abwehr umfunktionierte Gene, die ursprünglich die Stomata kontrollierten, die Poren in Blättern, durch die Pflanzen „atmen“.

Das Öffnen und Schließen der Stomata für den Gasaustausch hängt von Schließzellen ab, die die Öffnungen im Blatt bewachen. Sie unterscheiden sich stark von Myrosinzellen, den Zellen, die die chemische Abwehr gegen Pflanzenfresser bilden. Dennoch teilen sie ein gemeinsames Hauptregulatorgen namens FAMA die ihre Entwicklung steuert.

Wenn man jemanden vergiftet, der sich von einem ernährt, möchte man sich dabei nicht selbst vergiften. Myrosinzellen produzieren den Stoff Myrosinase. Diese Zellen befinden sich in der Nähe von schwefelreichen Zellen. Bei einem Angriff eines Pflanzenfressers vermischen sich die Stoffe, sodass das Gift nur dann in der Pflanze ist, wenn es benötigt wird.

Shirakawa und Kollegen identifizierten ein Gen namens WASABI-MACHER (WSB) das direkt aktiviert wird durch FAMA und ist der wesentliche Auslöser für die Entwicklung von Myrosinzellen. Pflanzen ohne wsb-Erweiterung Es kam überhaupt nicht zur Bildung dieser Abwehrzellen, wsb-Erweiterung ein Schlüsselglied in einer genetischen Kaskade zur Entstehung dieser Zellen.

Das FAMA-Protein war bereits aus Experimenten an der Modellpflanze bekannt Arabidopsis thaliana, wo festgestellt wurde, dass es die Genexpression für den Gasaustausch reguliert. Es scheint also, dass die Gene, die zur Regulierung der Abwehr beitragen, teilweise aus Genen stammen, die an der Atmung beteiligt sind.

Ein Hinweis auf wsb-ErweiterungDer Ursprung von ‚s als Stomata-Gen findet sich in Pflanzen, in denen es fehlt. Es kommt bei Blütenpflanzen an Land vor, nicht jedoch bei Meerespflanzen wie Seegräsern. Yachthafen von Zostera hat keine Stomata und hat Gene verloren, die mit Stomata verbunden sind, sowie wsb-Erweiterung.

wsb-Erweiterung steuert die Entwicklung von Myrosinzellen durch ein anderes Gen namens CCS52A1. wsb-Erweiterung kann einschalten CCS52A1, und dann CCS52A1 führt dazu, dass die Myrosinzellen eine Endoreplikation erfahren, sodass die Zelle ihre DNA mehrere Male repliziert, ohne sich zu teilen, was dazu führt, dass sie viel größer wird.

„Diese Entdeckung ist besonders interessant, weil sie zeigt, wie die Umwidmung von Genen es Pflanzen ermöglicht, neue Überlebensstrategien zu entwickeln, ohne völlig neue Gene zu entwickeln“, sagt Co-Autor Toshiro Ito. in einer Pressemitteilung. 

„Wir sind davon überzeugt, dass unsere zukünftige Arbeit nicht nur neue Erkenntnisse für Strategien zur Verbesserung von Nutzpflanzen liefern wird, sondern auch dazu beitragen wird, eine der grundlegendsten Fragen der Biologie zu beantworten: Wie haben Pflanzen mit einer begrenzten Anzahl von Genen eine so bemerkenswerte Vielfalt erreicht?“, fügt Dr. Shirakawa hinzu.

Die Forschung hat wichtige Auswirkungen auf die Landwirtschaft. FAMA reguliert sowohl den Gasaustausch (durch Stomata) als auch die Abwehr (durch Myrosinzellen). Dies zeigt, dass die Züchtung bestimmter Merkmale, wie etwa einer erhöhten Effizienz des Gasaustauschs, auch Folgeeffekte an anderer Stelle, beispielsweise auf die Abwehr, haben könnte.

Es zeigt jedoch auch, dass es Möglichkeiten gibt, einen doppelten Gewinn zu erzielen, indem man die Nutzung der Pflanzen verbessert. FAMA. Besser FAMA Gene könnten zu effizienteren Stomata in einem wärmeren Klima führen UND die Widerstandsfähigkeit gegen invasive Schädlinge verbessern, die sich mit den steigenden Temperaturen ebenfalls ausbreiten.

Shirakawa, M., et al. (2025). Co-option and neofunctionalization of stomatal executors for defence against herbivores in Brassicales. Nature Plants, 11, 483-504. https://doi.org/g897b6 (FREE)

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Bild: canva.